JP7547199B2 - 低い熱抵抗率を有する電気絶縁性サーマルコネクタ - Google Patents

低い熱抵抗率を有する電気絶縁性サーマルコネクタ Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年９月２１日の出願日を有する、米国仮特許出願第６２／５６１，４０８号の出願利益を主張するものであり、その米国仮特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
電力増幅器回路などの電気回路は、通常動作の間に熱を生成する。発熱は、電気回路の様々な構成要素の温度を不必要に増大し得る。この熱が、例えば吸熱器への放散により、十分に管理されないならば、電気デバイスは過熱し、電気構成要素への損傷を結果的に生じさせ得る。しかしながら、電気構成要素を直接的に吸熱器に接続することは、不必要に、電気構成要素と吸熱器との間の電気接続、すなわち、電流の流れを創出し、電気構成要素および回路の動作を乱し得る。このため、低い熱抵抗および高い電気抵抗を有するサーマルコネクタ（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）に対する必要性が、現在存在する。
本発明の１つの実施形態によれば、サーマルコネクタが開示される。サーマルコネクタは、第１の端部においての第１の端部面と、第２の端部においての第２の端部面とを有する電気絶縁性棒材（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｂｅａｍ）を含み得る。第２の端部面は、Ｘ方向において第１の端部面の反対側にあり得る。棒材は、Ｘ方向に直交するＹ方向においての幅を有し得る。棒材は、さらには、上部面と、Ｚ方向において上部面から偏移させられる下部面とを有し得るものであり、そのＺ方向は、ＸおよびＹ方向の各々に直交する。サーマルコネクタは、下部面に取り付けられ、第１の端部に近接する第１の端子と、上部面に取り付けられ、第１の端部に近接する第２の端子とを含み得る。コネクタは、第１および第２の端子を含む、Ｚ方向においての全体の厚さを有し得る。全体の厚さは、１．２７ｍｍ（０．０５インチ）より大きく、３．８１ｍｍ（０．１５インチ）未満であり得る。
当業者に向けられる、本発明の最良の形態を含む、本発明の完全および実施可能な開示が、本明細書の残りの部分において、より詳しく記載されており、その記載では、添付の図が参照される。
本発明の態様によるサーマルコネクタの１つの実施形態の斜視図である。 本発明の態様によるサーマルコネクタの別の実施形態の斜視図である。 電子デバイスを吸熱器と接続する、図１において示されるサーマルコネクタの実施形態の斜視図である。 電子デバイスを吸熱器と接続する、図２において示されるサーマルコネクタの実施形態の斜視図である。 電子デバイスを吸熱器と接続する、図１において示されるサーマルコネクタの実施形態の斜視図である。 電気同調（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｕｎｉｎｇ）を提供するように構成される伝導性トレースを含むサーマルコネクタの実施形態の斜視図である。 電気同調を提供するように構成される伝導性トレースを含むサーマルコネクタの別の実施形態の斜視図である。 電気同調を提供するように中に形成される穴を有するサーマルコネクタの実施形態の斜視図である。 電気構成要素、レーザダイオードの例の斜視図である。
本明細書および図面においての参照符号の繰り返しの使用は、本発明の同じまたは類似した、特徴部または要素を表すことを意図される。
本論考は、単に例示的な実施形態の説明であり、本発明のより広範な態様を限定するようには意図されず、それらのより広範な態様は、例示的な構築において具現化されるということが、当業者により理解されるべきである。
一般的に言えば、本発明は、電気構成要素から吸熱器への熱放散を改善するために、電気構成要素と、吸熱器、または他の熱的箇所との間に接続され得るサーマルコネクタに向けられる。サーマルコネクタは、吸熱器および電気構成要素への接続に関して一助となるための、各々の端部においての１つまたは複数の端子を有し得る。端子は、電気的に別個であり得るものであり、棒材は、高い電気抵抗を有し得るものであり、そのことによって、端子の間の電流の流れは、防止され得る、または実質的に防止され得る。この構成は有利であり得るものであり、なぜならば、その構成は、構成要素の動作を乱し得る、構成要素を吸熱器に電気的に接続することを伴わずに、電気構成要素から吸熱器に熱を放散させ得るからである。
Ｉ．巻き付けられない端子を伴うサーマルコネクタ
図１を参照すると、サーマルコネクタ１０は、第１の端部１６においての第１の端部面１４と、第２の端部２０においての第２の端部面１８とを有する電気絶縁性棒材１２を含み得る。第２の端部面１８は、Ｘ方向２２において第１の端部面１４の反対側にあり得る。一部の実施形態において、第１の端部面１４は、第２の端部面１８と平行であり得る。棒材１２は、Ｘ方向２２に直交するＹ方向２４においての幅を有し得る。一部の実施形態において、棒材１２の幅は、サーマルコネクタ１０の全体の幅２５に等しくあり得る。棒材１２は、さらには、上部面２６と、下部面２８とを有し得る。下部面２８は、Ｚ方向３０において上部面２６から偏移させられ得るものであり、そのＺ方向３０は、ＸおよびＹ方向２２、２４の各々に直交する。一部の実施形態において、棒材１２の上部および下部面２６、２８は、平行であり得る。サーマルコネクタ１０は、棒材１２の下部面２８に取り付けられ、第１の端部１６に近接する第１の端子３２を含み得る。サーマルコネクタ１０は、上部面２６に取り付けられ、棒材１２の第１の端部１６に近接する第２の端子３４を含み得る。
なおも図１を参照すると、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、４つの端子を有し得る。例えば、上述で論考された第１および第２の端子３２、３４に加えて、サーマルコネクタ１０は、棒材１２の下部面２８に取り付けられ、第２の端部２０に近接する第３の端子３６を含み得る。サーマルコネクタ１０は、さらには、上部面２６に取り付けられ、第２の端部２０に近接する第４の端子３８を含み得る。
各々の端子は、それぞれの端部面に近接するそれぞれの縁部へと延在し得る。例えば、第１の端子３２は、棒材１２の下部面２８と、棒材１２の第１の端部面１４との間の縁部に沿って、棒材１２の下部面２８上に延在し得る。第２の端子３４は、棒材１２の上部面２６と第１の端部面１４との間の縁部に沿って、棒材１２の上部面２６上に延在し得る。同様に、第３の端子３６は、棒材１２の第２の端部面１８と下部面２８との間の縁部に沿って、棒材１２の下部面２８上に延在し得る。最後に、第４の端子３８は、棒材１２の上部面２６と第２の端部面１８との間の縁部に沿って、棒材１２の上部面２６上に延在し得る。
第１の端子３２は、棒材１２の下部面２８と平行な下部表面４０を有し得るものであり、第２の端子３４は、棒材１２の上部面２６と平行な上部表面４２を有し得る。コネクタの全体の厚さ４４は、例えば、Ｚ方向３０においての、第１の端子３２の下部表面４０と、第２の端子３４の上部表面４２との間の距離と定義され得る。しかしながら、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、棒材１２の上部面２６上の、第２および／または第４の端子３４、３８を含まないことがある。そのような実施形態において、全体の厚さ４４は、Ｚ方向３０においての、第１の端子３２の下部表面４０と、棒材１２の上部面２６との間の距離と定義され得る。
端子の各々は、（明確さのために第３の端子３６のみに対して図１において標示される）Ｘ方向２２においてのそれぞれの端子長さ４６と、Ｚ方向３０においてのそれぞれの端子厚さ４８とを有し得る。Ｚ方向３０においてのサーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４は、Ｚ方向３０においての端子のそれぞれの厚さを含み得る。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、Ｙ方向２４においての全体の長さ５１を有し得る。サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１および全体の幅２５は、図１において示されるように、棒材１２の長さおよび幅それぞれに等しくあり得る。例えば、端子は、上部および下部面２６、２８の縁部を越えて延在しないことがある。しかしながら、他の実施形態において、端子のうちの１つまたは複数は、棒材１２の上部および／または下部面２６、２８のそれぞれの縁部を越えて延在し得る。その事例において、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１および／または全体の幅２５は、棒材１２のそれぞれの長さおよび／または幅より大きくあり得る。このことは、有利には、電気構成要素および／または吸熱器をサーマルコネクタ１０に接続するための、より大きい端子を提供し得る。
ＩＩ．巻き付けられた端子を伴うサーマルコネクタ
図２を参照すると、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、棒材１２の第１の端部１６の周囲に巻き付く、または延在する第１の巻き付け型（ｗｒａｐ－ａｒｏｕｎｄ）端子５２を含み得るものであり、そのことによって、第１の巻き付け型端子５２は、棒材１２の上部面２６、および、棒材１２の下部面２８の両方に取り付けられる。第１の巻き付け型端子５２は、先の実施形態と同様に、第１の端子３２と、第２の端子３４とを含み得るものであり、さらには、第１の端部面端子５３を含み得る。第１の端部面端子５３は、第１の端子３２を第２の端子３４と接続し得るものであり、棒材１２の（図１において示される）第１の端部面１４に取り付けられ得る。１つの実施形態において、第１の巻き付け型端子５２は、単一の連続的な端子であり得る。例えば、第１の端子３２、第２の端子３４、および、第１の端部面端子５３は、第１の巻き付け型端子５２の一部分であり得る。加うるに、第１の巻き付け型端子５２は、任意の適した技法を使用して形成され得るものであり、例えば、単一ステップにおいて形成され得る。
第２の巻き付け型端子５４が、同様に構成され得るものであり、そのことによって、第２の巻き付け型端子５４は、棒材１２の第２の端部２０の周囲に巻き付き、棒材１２の上部面２６、および、棒材１２の下部面２８の両方に取り付けられる。例えば、第２の巻き付け型端子５４は、先の実施形態と同様に、第３の端子３６と、第４の端子３８とを含み得るものであり、加うるに、第２の端部面端子５５を含み得る。第２の端部面端子５５は、棒材１２の（図１において示される）第２の端部面１８に取り付けられ得るものであり、第３の端子３６を第４の端子３８と接続し得る。１つの実施形態において、第２の巻き付け型端子５４は、単一の連続的な端子であり得る。例えば、第３の端子３６、第４の端子３８、および、第２の端部面端子５５は、第２の巻き付け型端子５４の一部分であり得る。加うるに、第２の巻き付け型端子５４は、任意の適した技法を使用して形成され得るものであり、例えば、単一ステップにおいて形成され得る。
一部の実施形態において、第１の巻き付け型端子５２は、棒材１２の第１の端部面１４にわたって、棒材１２の幅に広がり得るものであり、そのことによって、棒材１２の幅は、コネクタ１０の全体の幅２５に相当する。第２の巻き付け型端子５４は、同様に、棒材１２の第２の端部面１８にわたって、棒材１２の幅に広がり得る。例えば、第１の巻き付け型端子５２は、棒材１２の上部面２６に近接する、および／または、その上部面２６と平行である、上部表面４２を有し得る。第１の巻き付け型端子５２は、さらには、棒材１２の下部面２８に近接する、および／または、その下部面２８と平行である、下部表面４０を有し得る。コネクタ１０の全体の厚さ４４は、第１の巻き付け型端子５２の上部表面４２と、第１の巻き付け型端子の下部表面４０との間の、Ｚ方向３０においての距離と定義され得る。
端子の各々は、（明確さのために第２の巻き付け型端子５４に関してのみ標示される）Ｘ方向２２においてのそれぞれの端子長さ４６と、Ｚ方向３０においての端子厚さ４８とを有し得る。一部の実施形態において、上部表面４２に取り付けられる第１の巻き付け型端子５２の一部分は、下部面２８に取り付けられる第１の巻き付け型端子５２の一部分とは異なる長さを有し得る。他の実施形態において、これらの長さは、図２において示されるように、同じまたは同様であり得る。
第１および第２の巻き付け型端子５２、５４は、さらには、（明確さのために第２の端子５４のみに関して標示される）棒材１２方向の第１および第２の端部面１４、１８に沿ったＸ方向２２においてのそれぞれの端子厚さ５６を有し得る。一部の実施形態において、第２の巻き付け型端子５４のＸ方向２２においての端子厚さ５６は、近似的に、第２の巻き付け型端子５４のＺ方向３０においての端子厚さ４８に等しくあり得るものであり、そのことによって、第２の巻き付け型端子５４は、均一の厚さを有する。一部の実施形態において、第１の巻き付け型端子５２は、同様に構成され得る。他の実施形態において、Ｚ方向３０においての端子厚さ４８は、例えば、Ｘ方向２２においての端子厚さ５６とは異なり得る。
図２を参照すると、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１は、第１および第２の巻き付け型端子５２、５４のＸ方向２２においての各々のそれぞれの端子厚さ５６を含み得る。サーマルコネクタ１０は、さらには、Ｘ方向２２においての全体の幅２５を有し得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の幅２５は、棒材１２の幅に等しくあり得るものであり、なぜならば、第１および第２の巻き付け型端子５２、５４のそれぞれの幅は、棒材１２の幅以下であり得るからである。しかしながら、他の実施形態において、第１および第２の巻き付け型端子５２、５４は、棒材１２の幅より大きいそれぞれの幅を有し得るものであり、そのことによって、第１または第２の巻き付け型端子５２、５４のうちの少なくとも１つは、Ｙ方向２４においての棒材１２の縁部を越えて延在する。このことは、電気構成要素６０および／または吸熱器６２をサーマルコネクタ１０に接続するための、より大きい端子を提供し得る。
ＩＩＩ．寸法、特質、および材料
上述で触れられたように、Ｚ方向３０においてのサーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４は、Ｚ方向３０においての第１および第２の端子３２、３４の厚さ４８を含み得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４は、１．２７ｍｍ（０．０５インチ）より大きく、３．８１ｍｍ（０．１５インチ）未満であり得る。例えば、一部の実施形態において、全体の厚さ４４は、約１．４０ｍｍ（０．０５５インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）の間であり、他の実施形態において、約１．４０ｍｍ（０．０５５インチ）から約２．１６ｍｍ（０．０８５インチ）の間であり、他の実施形態において、約１．４２ｍｍ（０．０５６インチ）から約１．７８ｍｍ（０．０７インチ）の間であり、他の実施形態において、約１．４５ｍｍ（０．０５７インチ）から約１．６０ｍｍ（０．０６３インチ）の間であり得る。一部の実施形態において、全体の厚さ４４は、約１．５２ｍｍ（０．０６インチ）以上であり得る。例えば、厚さは、約１．５２ｍｍ（０．０６インチ）から約３．５５６ｍｍ（０．１４インチ）の間であり、他の実施形態において、約１．７８ｍｍ（０．０７インチ）から約３．３０ｍｍ（０．１３インチ）の間であり、他の実施形態において、約２．０３ｍｍ（０．０８インチ）から約３．０５ｍｍ（０．１２インチ）の間であり、他の実施形態において、約２．２９ｍｍ（０．０９インチ）から約２．７９ｍｍ（０．１１インチ）の間であり、他の実施形態において、約２．５４ｍｍ（０．１インチ）から約３．８１ｍｍ（０．１５インチ）の間であり得る。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１は、約２．５４ｍｍ（０．１インチ）から約１．２７ｍｍ（０．５インチ）の間であり、一部の実施形態において、約３．８１ｍｍ（０．１５インチ）から約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の間であり、一部の実施形態において、約５．０８ｍｍ（０．２インチ）から約１０．１６ｍｍ（０．４インチ）の間であり、一部の実施形態において、約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）から約１１．４３ｍｍ（０．４５インチ）の間であり、一部の実施形態において、約７．６２ｍｍ（０．３インチ）から約１０．１６ｍｍ（０．４インチ）の間であり、一部の実施形態において、約８．８９ｍｍ（０．３５インチ）から９．６５ｍｍ（０．３８インチ）の間であり得る。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の幅２５は、約０．２５ｍｍ（０．０５インチ）から約１０．１６ｍｍ（０．４インチ）の間であり、一部の実施形態において、約０．５１ｍｍ（０．０２インチ）から約１０．１６ｍｍ（０．４インチ）の間であり、一部の実施形態において、約２．０３ｍｍ（０．０８インチ）から約７．６２ｍｍ（０．３インチ）の間であり、一部の実施形態において、約２．０３ｍｍ（０．０８インチ）から約２．５４ｍｍ（０．１インチ）の間であり、一部の実施形態において、約５．０８ｍｍ（０．２インチ）から約７．６２ｍｍ（０．３インチ）の間であり、一部の実施形態において、約７．６２ｍｍ（０．３インチ）から約１０．１６ｍｍ（０．４インチ）の間であり得る。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１は、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より約１倍から約６倍の間だけ大であり、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より約２倍から約６倍の間だけ大であり、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より約２倍から約３．５倍の間だけ大であり得る。
他の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１は、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より約３．２倍から約４．９倍の間だけ大であり、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より約３．５倍から約４．５倍の間だけ大であり、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より約３．８倍から約４．２倍の間だけ大であり得る。他の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１は、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より５倍から６．２倍の間だけ大であり、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より約５．５倍から６．２倍の間だけ大であり、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の厚さ４４より約６．０倍から６．２倍の間だけ大であり得る。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１および全体の幅２５の各々は、約８．８９ｍｍ（０．３５インチ）から約１０．１６ｍｍ（０．４インチ）の間であり得る。例えば、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１および全体の幅２５の各々は、約９．１４ｍｍ（０．３６インチ）から約９．６５ｍｍ（０．３８インチ）の間であり得る。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の全体の長さ５１にわたる熱抵抗は、約２２℃において約２℃／Ｗから約１０℃／Ｗの間であり、一部の実施形態において、約２２℃において３℃／Ｗから約７℃／Ｗの間であり得る。図１において描写される実施形態に対して、熱抵抗は、例えば、第１の端子３２と第３の端子３６との間の熱流れと関連付けられ得る。図２において描写される実施形態に対して、熱抵抗は、例えば、第１の端子３２と第２の端子３４との間の熱流れと関連付けられ得る。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、幅により除算される長さとして算出される、全体の長さ５１と全体の幅２５との間のアスペクト比を有し得る。「熱アスペクト抵抗」パラメータが、（例えば、図１において描写されるサーマルコネクタ１０の実施形態に対する、第１の端子３２と第３の端子３６との間の）サーマルコネクタ１０の長さにわたるサーマルコネクタ１０の熱抵抗に対する、アスペクト比の比と定義され得る。「熱アスペクト抵抗」パラメータは、アスペクト比により除算される熱抵抗と定義され得る。「熱アスペクト抵抗」パラメータ値は、サーマルコネクタ１０の、そのサイズに基づく有効性を指し示すものであり得る。例えば、低い「熱アスペクト抵抗」は、サーマルコネクタ１０が、サーマルコネクタ１０の長さにわたる低い熱抵抗を有するということのみではなく、さらには、サーマルコネクタ１０が、ある程度高いアスペクト比を有し、そのことによって、そのサーマルコネクタ１０は、その幅と比較して、ある程度の長さに広がり得るということを指示し得る。一部の実施形態において、「熱アスペクト抵抗」パラメータは、約２２℃において約２．２Ｃ／Ｗから約４．３Ｃ／Ｗの間であり得る。一部の実施形態において、「熱アスペクト抵抗」パラメータは、約２２℃において約２．２Ｃ／Ｗから約３．０Ｃ／Ｗの間であり得る。一部の実施形態において、「熱アスペクト抵抗」パラメータは、約２２℃において約２．５℃／Ｗから約４．１℃／Ｗの間であり得る。一部の実施形態において、「熱アスペクト抵抗」パラメータは、約２２℃において約２．５Ｃ／Ｗから約３．２℃／Ｗの間であり得る。一部の実施形態において、「熱アスペクト抵抗」パラメータは、約２２℃において約３．９℃／Ｗから約４．３℃／Ｗの間であり得る。
当技術分野において知られているように、材料の熱抵抗率および熱伝導率は、反比例で関係付けられる。かくして、低い熱抵抗率は、高い熱伝導率と相関する。一部の実施形態において、電気絶縁性棒材１２は、一般的に低い熱抵抗率（例えば、約６．６７×１０－３ｍ・℃／Ｗ未満）と、一般的に高い電気抵抗率（例えば、約１０１４Ω・ｃｍより大きい）とを有する任意の適した材料から作製され得る。６．６７×１０－３ｍ・℃／Ｗの熱抵抗率は、約１５０Ｗ／ｍ・℃の熱伝導率に相当する。換言すれば、棒材１２に対する適した材料は、約１５０Ｗ／ｍ・℃より大きいなどの、一般的に高い熱伝導率を有し得る。
例えば、一部の実施形態において、電気絶縁性棒材１２は、約２２℃において約１００Ｗ／ｍ・℃から約３００Ｗ／ｍ・℃の間の熱伝導率を有する材料から作製され得る。他の実施形態において、電気絶縁性棒材１２は、約２２℃において約１２５Ｗ／ｍ・℃から約２５０Ｗ／ｍ・℃の間の熱伝導率を有する材料から作製され得る。他の実施形態において、電気絶縁性棒材１２は、約２２℃において約１５０Ｗ／ｍ・℃から約２００Ｗ／ｍ・℃の間の熱伝導率を有する材料から作製され得る。
一部の実施形態において、棒材１２は、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、任意の適したセラミック材料、および、それらの混合物を含み得る。
一部の実施形態において、電気絶縁性棒材１２は、窒化アルミニウムを含み得る。例えば、一部の実施形態において、電気絶縁性棒材１２は、窒化アルミニウムを含む任意の適した組成物から作製され得る。一部の実施形態において、棒材１２は、主として窒化アルミニウムから作製され得る。例えば、棒材１２は、添加物または不純物を内包し得る。他の実施形態において、電気絶縁性棒材１２は、酸化ベリリウムを含む。例えば、一部の実施形態において、電気絶縁性棒材１２は、酸化ベリリウムを含む任意の適した組成物から作製され得る。一部の実施形態において、棒材１２は、主として酸化ベリリウムから作製され得る。例えば、棒材１２は、添加物または不純物を内包し得る。
一部の実施形態において、端子は、基層を覆う外層を含み得る。基層は、一部の実施形態において磁性であり、他の実施形態において非磁性であり得る。外層は、例えば耐食性材料を含む、任意の適した材料から形成され得る。例えば、一部の実施形態において、端子は、金、銀、白金、ニッケル、および／または、それらの混合物もしくは化合物の外層を含み得る。例えば、１つの実施形態において、第１の端子３２または第２の端子３４のうちの少なくとも１つは、金を含み得る。一部の実施形態において、第１の端子３２または第２の端子３４のうちの少なくとも１つは、磁性材料を含み得る。一部の実施形態において、磁性材料が基層であり得るものであり、外層が、磁性材料を覆って配設され得る。例えば、１つの実施形態において、端子のうちの１つまたは複数は、磁性または磁化金属などの磁性基層を覆って配設される金の外層を含み得る。一部の実施形態において、基層は、銅または鋼などの金属を含み得る。別の実施形態において、端子のうちのより多くのもののうちの１つは、例えばセラミックなどの非磁性基層を覆って配設される金などの外層を含み得る。他の実施形態において、外層は、金、銀、白金、ニッケル、銅、鋼、および／または、任意の他の適した材料であり得る。同様に、他の実施形態において、基層は、金、銀、白金、ニッケル、銅、鋼、および／または、任意の他の適した材料であり得る。なおまた、一部の実施形態において、端子は、外層を含まないことがある。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、相対的に低い静電容量値を有し得る。このことは、有利には、無線波などの電場との実質的な干渉を防止し得る。例えば、サーマルコネクタ１０は、無線周波数増幅器などの、サーマルコネクタ１０が接続される電気構成要素の性能との干渉を、実質的に、結果的に生じさせないことがある。例えば、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の静電容量は、０．２ｐＦ以下であり得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の静電容量は、０．１５ｐＦ以下であり得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の静電容量は、０．１３ｐＦ以下であり得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の静電容量は、０．１０ｐＦ以下であり得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の静電容量は、０．０８ｐＦ以下であり得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の静電容量は、０．０１ｐＦ以上であり得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０の静電容量は、０．００１ｐＦ以上であり得る。
サーマルコネクタ１０は、任意の適した技法を使用して製造または製作され得る。例えば、棒材１２は、基板またはウェハから切り分けられ得るものであり、端子は、次いで、各々の棒材１２上に形成され得る。代替的には、端子は、板形状の材料上に形成され得るものであり、次いで、板形状の材料は、サーマルコネクタ１０へと切り分かれ得る。端子は、例えば、棒材１２上への化学または蒸気堆積を含む、任意の適した工程を使用して形成され得る。代替的には、一部の実施形態において、端子は、棒材１２の端部を液体形式の端子材料内に浸漬し、次いで、端子材料が硬化することを可能とすることにより形成され得る。端子は、次いで、追加的に、例えば研削または研磨を含む、任意の適した方法を使用して、成形され得る、または仕上げられ得る。一部の実施形態において、上述の工程は、複数個の層、例えば、磁性または非磁性層を覆う金めっきを有する端子を生み出すために繰り返され得る。
ＩＶ．接続
図３を参照すると、１つの実施形態において、サーマルコネクタ１０は、電気構成要素６０と、吸熱器６２、または任意の他の適した構成要素との間に直接的に接続され得る。例えば、サーマルコネクタ１０の第３の端子３６は、電気構成要素の取り付けつまみ６４と接続され得るものであり、第１の端子３２は、吸熱器６２と接続され得る。熱は、（矢印６３により示されるように）電気構成要素６０の取り付けつまみ６４から、第３の端子３６を通り、棒材１２を通り、外へと、第１の端子３２を通り、吸熱器６２へと流れ得る。
他の実施形態において、複数個の熱導体が、単一の電気構成要素に並列または直列で接続され得る。例えば、複数個の熱導体は、単一の熱導体の長さより長い距離に広がるように、端部と端部とをつなぐ構成で、直列で接続され得る。複数個の熱導体は、さらには、例えば、単一の電気構成要素と吸熱器との間に並列で接続され得る。他の実施形態において、複数個の吸熱器が、複数個のサーマルコネクタ１０を使用して、電気構成要素に接続され得る。
最後に、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、第１の電気構成要素を、吸熱器として作用し得る第２の電気構成要素と接続し得る。例えば、第２の電気構成要素は、それ自体は吸熱器ではないが、吸熱器と接続され得るものであり、そのことによって、熱は、第１の電気構成要素から、第２の電気構成要素を通り、吸熱器内へと流れ得る。当業者は、なおも他の構成が、上述の開示に基づいて可能であるということを理解するであろう。
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、電気構成要素に直接的に結合され得るものであり、そのことは、適した取り付けつまみ６４を欠く電気構成要素にとって特に有利であり得る。例えば、サーマルコネクタ１０は、図４において示されるように、電気構成要素６０を吸熱器６２と直接的に熱的に接続し得る。図４において示されるサーマルコネクタ１０は、図２において示されるような巻き付け型端子を有する。棒材１２の第２の端部２０を覆って延在する、サーマルコネクタ１０の第２の巻き付け型端子５４の一部分が、電気構成要素の外部面６６に直接的に取り付けられ得る。同様に、棒材１２の第１の端部１６を覆って延在する、第１の巻き付け型端子５２の一部分が、吸熱器６２の面に取り付けられ得る。この構成は、有利には、電気構成要素６０または吸熱器６２のうちの少なくとも１つとの、より大きい接触表面を提供し得る。
図５を参照すると、１つの実施形態において、電気構成要素６０は、１つまたは複数のサーマルコネクタ１０の上部上に積層され得るものであり、そのことによって、第２および第４の端子３４、３８は、電気構成要素６０に取り付けられ、第１および第３の端子３２、３６は、吸熱器６２に取り付けられる。熱は、（矢印６３により示されるように）第２および第４の端子から、棒材１２を通り、外へと、第１および第３の端子３２、３６を通り、吸熱器６２へと流れ得る。
端子と、電気構成要素６０および／または吸熱器６２との間の接続は、例えばはんだ付けなどの、任意の適した方法を使用して形成され得る。例えば、サーマルコネクタ１０は、サーマルコネクタ１０のそれぞれの端子に取り付く、または、それらの端子を接続する相互接続を使用して接続され得る。相互接続は、伝導性金属などの伝導性材料から作製され得る。１つの実施形態において、相互接続は、相対的に平坦であり得るものであり、または、増大される表面積を有するものであり得る。後者に関しては、相互接続は、突出部／隆起部を有し得るものであり、または、さらには、電線、編組、コイル、その他から形成され得る。この点において、相互接続の具体的な寸法および構成は、必ずしも制限されない。その形式に関わらず、銅、スズ、ニッケル、アルミニウム、その他、ならびに、合金および／または被覆された金属などの、種々の異なる伝導性材料の任意のものが用いられ得る。所望されるならば、伝導性材料は、任意選択で、鞘材料によって絶縁され得る。
Ｖ．電気同調
一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、サーマルコネクタ１０が接続される回路および／または構成要素による電気同調を提供する特徴部を含み得る。そのような特徴部は、例えばインピーダンス整合を提供するために、サーマルコネクタの、無線周波数および／またはマイクロ波周波数の、応答および／または特性を改変することができる。
図６Ａを参照すると、１つまたは複数の伝導性トレース１００が、サーマルコネクタ１０の上部表面２６上に形成され得る。伝導性トレース１００は、例えば端子材料および層を参照して上述で説明されたように、任意の適した材料から形成され得るものであり、１つまたは複数の層を有し得る。例えば、伝導性トレース１００は、金、銀、白金、ニッケル、銅、鋼、および／または、任意の他の適した材料を含み得る。
トレース１００は、第２の端子３４と電気的に接続され（または、一体で形成され）得る。トレース１００は、全体的には、第４の端子３８の方に延在する「Ｌ」形状を有し得る。トレース１００のサイズおよび寸法は、所望される電気同調効果を提供するように選択され得る。
図６Ｂを参照すると、電気同調（例えば、インピーダンス整合）を提供するように構成される伝導性トレース１０２を含む、サーマルコネクタ１０の別の実施形態が示される。伝導性トレース１０２は、サーマルコネクタ１０の側部表面１０４上に形成され得る。第２の側部表面１０６は、側部表面１０４と平行であり、側部表面１０４の反対側にあり得る。トレース１０２のサイズおよび寸法は、所望される電気同調効果を提供するように選択され得る。
伝導性トレースは、サーマルコネクタ１０の表面（例えば、下部表面４０、上部表面４２、第１の端部面１４、第２の端部面１８、および／または、側部表面１０４、１０６の１つもしくは両方）の任意のものの上に形成され得るということが理解されるべきである。さらにまた、トレースは、サーマルコネクタ１０の端子（例えば、第１の端子３２、第２の端子３４、第３の端子３６、および／または、第４の端子３８）の任意のものと電気的に接続され得る。しかしながら、伝導性トレースは、一般的には、熱源と吸熱器との間の電気流れを手助けすることになる方式では接続されない。加えて、伝導性トレースは、端子３２、３４、３６、３８のうちの２つ以上の間に物理的に配置され得る。
そのようなトレースの数、サイズ、および形状は、１つまたは複数の所望される電気同調特性（例えば、インピーダンス、共振周波数、挿入損失、反射損失、その他）を提供するように選択され得る。このため、トレースは、サーマルコネクタ１０を電気的に同調させるように選択され得る、種々の適した形状および幾何構造を有し得る。例として、トレースは、「Ｌ」または「Ｔ」形状を有し得る。同様に、トレースの数は、例えば１から１０以上の間で変動し得る。
図７を参照すると、一部の実施形態において、１つまたは複数の穴１０８が、サーマルコネクタ１０を電気的に同調させるように、サーマルコネクタ１０の棒材１２および／または端子（例えば、第１の端子３２、第２の端子３４、第３の端子３６、および／または、第４の端子３８）内に形成され得る。そのような穴１０８は、レーザ穿孔を含む、種々の適した技法を使用して形成され得る。そのような穴１０８のサイズおよび／または数は、サーマルコネクタ１０を電気的に同調させて、例えばインピーダンス整合を提供するように選択され得る。図７を参照すると、穴１０８の対が、サーマルコネクタ１０の、上部面２６から下部面２８に延在し得る。他の実施形態において、穴は、側部表面１０２、１０４の間に、または、端部面１４、２０の間に延在し得る。加うるに、例えば１から１０以上を含む、任意の適した数の穴が設けられ得る。
ＶＩ．用途
本明細書において開示されるサーマルコネクタ１０の様々な実施形態は、任意の適した熱源と吸熱器との間に接続され得る。例えば、サーマルコネクタ１０は、端子パッドまたは伝導性トレースなどの熱源に接続され、接地されたカバーまたはサーマルビアに接続され得る。サーマルビアは、プリント回路板の層内に形成され得るものであり、吸熱器と接続し得る。例えば、サーマルコネクタ１０は、層の第１の表面上でサーマルビアと接続され得るものであり、サーマルビアは、層を通って延在して、第１の表面の反対側にある第２の表面上に配置される吸熱器と接続し得る。
サーマルコネクタ１０は、さらには、トランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）の端子の間に接続され得る。例えば、サーマルコネクタ１０は、ゲート端子と接地端子との間に接続され得る。別の例として、サーマルコネクタ１０は、ソース端子と接地端子との間に接続され得る。
本明細書において開示されるサーマルコネクタ１０の様々な実施形態は、例えば、電力増幅器、濾波器、合成器、コンピュータ構成要素、電力供給装置、および／またはダイオードなどの、任意の適した電気構成要素による用途を見出し得る。電力増幅器型の具体例は、窒化ガリウム（ＧａＮ）電力増幅器、高無線周波数増幅器、および同類のものを含む。本明細書において説明されるような、熱的構成要素との接続に適したものであり得るダイオードの例は、ダイオードの型の中でもとりわけ、レーザにおいての使用に対して特異的に適合させられるダイオードを含み得る。例えば、図８を参照すると、一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、レーザダイオード６６と吸熱器６２との間の熱的接続を形成または改善するために使用され得る。一部の実施形態において、サーマルコネクタ１０は、モニタフォトダイオード６８と吸熱器６２との間の熱的接続を形成または改善するために使用され得る。
例
後に続く表は、本発明の態様による様々な例示的な実施形態に対する寸法および熱的特質を示す。
Figure 0007547199000001
本発明の、これらおよび他の、変更形態および変形形態が、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者により実践され得る。加えて、様々な実施形態の態様は、全部において、または一部においての両方で入れ替えられ得るということが理解されるべきである。さらにまた、当業者は、前述の説明が、単に例としてのものであり、そのような添付される特許請求の範囲においてさらに説明されるほど、本発明を限定することを意図されないということを理解するであろう。

Claims (19)

  1. サーマルコネクタであって、
    第１の端部においての第１の端部面と、第２の端部においての第２の端部面とを有する電気絶縁性棒材であって、前記第２の端部面は、Ｘ方向において前記第１の端部面の反対側にあり、前記棒材は、前記Ｘ方向に直交するＹ方向においての幅を有し、前記棒材は、上部面と、Ｚ方向において前記上部面から偏移させられる下部面とを有し、前記Ｚ方向は、前記ＸおよびＹ方向の各々に直交し、前記棒材は、第１の側部表面と、前記Ｙ方向において前記第１の側部表面の反対側にある第２の側部表面とをさらに有する、電気絶縁性棒材と、
    前記下部面に取り付けられ、前記第１の端部に近接する第１の端子と、
    前記上部面に取り付けられ、前記第１の端部に近接する第２の端子と、
    前記棒材の前記第１の側部表面および前記第２の側部表面の少なくとも一方に形成され、電気同調を提供するように構成される伝導性トレースと、
    前記棒材の前記第１の端部面に取り付けられ、前記第１の端子を前記第２の端子と接続する第１の端部面端子と
    を備え、
    前記第１の端子、前記第２の端子および前記第１の端部面端子は、前記電気絶縁性棒材の表面に取り付けられ、
    前記コネクタは、前記第１および第２の端子を含む、前記Ｚ方向においての全体の厚さを有し、前記全体の厚さは、１．２７ｍｍより大きく、３．８１ｍｍ未満である、サーマルコネクタ。
  2. 前記電気絶縁性棒材は、約２２℃において約１５０Ｗ／ｍ・℃から約３００Ｗ／ｍ・℃の熱伝導率を有する材料を含む、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  3. 前記電気絶縁性棒材は、窒化アルミニウムを含む、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  4. 前記電気絶縁性棒材は、酸化ベリリウムを含む、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  5. 前記下部面に取り付けられ、前記第２の端部に近接する第３の端子と、
    前記上部面に取り付けられ、前記第２の端部に近接する第４の端子と
    をさらに備える、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  6. 前記棒材の前記第２の端部面に取り付けられ、前記第３の端子を前記第４の端子と接続する第２の端部面端子をさらに含む、請求項５に記載のサーマルコネクタ。
  7. 前記第１の端子は、前記棒材の前記第１の端部面にわたって、前記棒材の前記幅に広がる、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  8. 前記サーマルコネクタの全体の長さは、約２．５ｍｍから約１２．７ｍｍの間である、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  9. 前記サーマルコネクタの全体の幅は、約５．１ｍｍから約１０．２ｍｍの間である、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  10. 前記サーマルコネクタの熱抵抗は、約２２℃において約２℃／Ｗから約１０℃／Ｗの間である、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  11. 前記全体の厚さは、約１．４ｍｍから約２．１６ｍｍの間である、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  12. 前記全体の厚さは、約１．４５ｍｍから約１．６ｍｍの間である、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  13. 前記サーマルコネクタは、前記サーマルコネクタの前記全体の厚さの３．２倍から４．９倍の間の全体の長さを有する、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  14. 前記サーマルコネクタは、前記サーマルコネクタの前記全体の厚さの５倍から６．２倍の間の全体の長さを有する、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  15. 前記サーマルコネクタは、前記Ｘ方向においての全体の長さを有し、前記サーマルコネクタの前記全体の長さおよび全体の幅の各々は、約８．９ｍｍから約１０．２ｍｍの間である、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  16. 前記第１の端子または前記第２の端子のうちの少なくとも１つは、金を含む、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  17. 前記第１の端子または前記第２の端子のうちの少なくとも１つは、磁化材料を含む、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  18. 前記サーマルコネクタは、約２２℃において約２．２℃／Ｗから約３．０℃／Ｗの間の熱アスペクト抵抗パラメータを有し、前記熱アスペクト抵抗パラメータは、前記サーマルコネクタの熱抵抗により除算される、前記サーマルコネクタのアスペクト比の比であり、前記アスペクト比は、前記サーマルコネクタの全体の幅により除算される、前記サーマルコネクタの全体の長さである、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
  19. 少なくとも１つの穴が、電気同調を提供するように前記棒材内に形成される、請求項１に記載のサーマルコネクタ。
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